专利名称：用于机动车的车载网络以及用于运行电负载的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于机动车的车载网络/车载电气网络。车载网络包括车辆电池、电负载以及具有正、负连接端的蓄能器。此外，本发明还涉及一种具有这种车载网络的机动车以及一种用于运行机动车的车载网络中的电负载的方法。
背景技术：
在机动车中，目前越来越多地使用消耗高功率的电负载。这种电负载作为机械系统或液压系统的替代物来使用，以便在功能得到改善的情况下实现低燃料消耗。在此主要涉及电动机，所述电动机例如用于转向装置，或者在制动系统(例如ESP，即“电子稳定程序”)中使用。所述电负载的电流耗用不是恒定的，因为所述电负载仅在需要时才被接通。 用于发动机的启动机也是这种电负载，所述启动机的电流耗用的波动非常大，即该电流耗用与转速相关。机动车的车载网络在最简单的情况下由车辆电池、发电机和多个耗能器构成。在发动机运行时，发电机提供电压，用该电压可为负载供电以及为车辆电池充电。也可以通过调节使由发电机输出的功率与电负载的相应的瞬时电流需求相匹配。但新型的电负载使车载网络承受高的脉冲式电流负荷。目前使用的发电机对于提供所述脉冲式电流或者使电压快速提高或降低来说过于缓慢/惯性过大。因此，主要通过车辆电池来稳定车载网络电压， 车载网络电压的品质通过车辆电池的内阻来确定。在高脉冲电流的情况下，车载网络电压变动/下降(einbrechen)数伏特，由此，敏感负载的功能性短暂受到干扰。这种行为尤其是对于机动车中的新型启/停系统造成很大问题。过去开发出不同的用于降低电压变动和用于保护敏感负载的系统。这些系统中的大多数基于作为附加的蓄能器在车载网络中使用的双电层电容器或电池。在此前的很多系统中，附加的蓄能器与车辆电池并联；通过所述并联使总阻抗降低，车载网络的电压变动减小。这种车载网络例如已由文献DE 10 2005 015 995 Al以及DE 10 2007 026 164 Al公开。附加的蓄能器的接通也可以在引入直流变压器的情况下进行，这种方案在文献WO 02/066293 Al 和 DE 198 59 036 Al 中被公开。此外，现有技术还包括直接通过附加的蓄能器为敏感负载供电，从而使之与高功率负载分离。这种处理方式例如在Robert Bosch GmbH的“Autoelektrik，Autoelektronik， Systeme und Komponenten”(第四版，Vieweg 出版社，威斯巴登，ISBN 3-528-13872-6)的第16页图7中描述。最新的趋势在于，使附加的蓄能器、例如双电层电容器与车辆电池串联。这种车 iiN^Bfi Dokument Continental, ELKS 2008 "Elektrische Leistungsbordnetze und Komponenten von Stra^ enfahrzeugen”(2008年十月八日和九日的同名第一次学术交流会撰稿，布伦瑞克工业大学，ISBN:978-3-937655-17-8，第90页)公知。在这种车载网络中，通过使双电层电容器与车辆电池串联来补偿发动机启动时的电压变动。因此，通过所述串联结构，在理想状态下，当不操作启动机时，在负载上可提供比电池电压大的电压。此后进行欠电压补偿。由车辆电池和双电层电容器构成的串联电路也由文献DE 10 2005 042 154 Al公开。全部现有技术都致力于补偿车载网络中的电压变动问题。特殊的挑战是，在无高投入的情况下，即尤其是在不使用昂贵的直流变压器的情况下，不仅能补偿电压变动，而且能应对车载网络中产生的过电压。
发明内容
本发明的目的在于，给出一种能够在无高投入的情况下可靠地运行所述类型的车载网络中的电负载的解决方案。根据本发明，所述目的通过根据本发明的车载网络、具有根据本发明的机动车以及根据本发明的方法来实现。根据本发明的车载网络包括车辆电池、电负载以及具有正、负连接端的蓄能器。根据本发明，提供有转换装置，所述转换装置在第一转换状态中使蓄能器的正连接端与车辆电池联接并使蓄能器的负连接端与电负载联接，能使所述转换装置处于至少一个与第一转换状态不同的另外的转换状态中。控制装置可使转换装置在第一转换状态与所述至少一个另外的转换状态之间转换。由此，根据本发明，可在电负载上提供比在车辆电池上存在的电压低的电压，所述在车辆电池上存在的电压可以是电池电压或与车辆电池并联的发电机的发电机电压。所述的较低的电压通过附加的蓄能器例如双电层电容器(也以名称SuperCap公知)来实现，即在不使用现有技术的直流变压器的情况下实现。根据本发明的车载网络具有如下优点尤其是当发电机与电池并联时，电负载上的过电压能得到补偿。这种过电压例如可能在与车辆电池并联的高功率电负载被关断时产生。在此情况下，在车载网络中产生比在常规运行中由发电机产生的电压高的电压。在这种过电压下，发电机自己不能足够快速地补偿该过电压。在此情况下，根据本发明的车载网络便显得特别有利，所述车载网络可补偿所述过电压，即通过使蓄能器的正连接端与车辆电池(可能情况下也与发电机)联接并使蓄能器的负连接端与电负载联接来进行补偿。于是，由于使蓄能器变换极性而从在车辆电池上存在的电压中减去由蓄能器提供的电压。根据本发明的车载网络的另一优点在于，可进行车辆电池的再生，S卩如下地进行再生通过发电机在电池上产生一明显比常规运行中的车载网络电压明显高、进而明显比车辆电池的标称电压高的电压(例如在标称电压为12伏特的情况下为17伏特)。于是， 可借助于蓄能器为电负载降低所述的由发电机产生的电压。通过在一确定的时间段中在车辆电池上作用较高的电压，可通过气泡接触/气泡搅动(Gasblasenrilhrung)消除车辆电池的酸层。由此，车辆电池的有效电容上升，并且所述车辆电池的内阻降低。在车辆电池的这种再生中，还使沉积/分离的硫酸铅的晶体大小改变。即，在车辆电池的使用寿命内，小的 PbSO4晶体越来越多地重新结晶成较大并且难于溶解的晶体。由此，硫酸铅晶体(硫化物) 的活性质量降低。在车辆电池上作用较高的电压使得硫酸铅的晶体大小或晶体结构如下地变化硫酸铅从不可溶解的形态转变成可溶解的形态并且由此可继续参与充放电过程。由此使车辆电池的有效电容上升、内阻降低。
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应当指出根据本发明的车载网络的另一优点如果电负载是用于发动机的启动机，则在启动过程开始时可借助于蓄能器降低启动机上的电压。启动机是直流电动机，因此在启动过程开始时，启动机仅被看作是一个短路电路。由此，通过在启动过程开始时降低电压可降低通常非常高(大约1000安培)的电流。由此，在其它的前提条件下(参见下文)， 与现有技术相比可使整个启动过程加速。在一实施形式中提出，转换装置在第二转换状态中使车辆电池与电负载联接。于是，蓄能器被跨接/跳接/桥接并且在电负载上作用有与车辆电池上的电压相同的电压。转换装置的第二转换状态可以对应于车载网络的常规运行，在所述常规运行中，电负载直接与车辆电池连接，优选还与一与车辆电池并联的发电机连接。如果例如在车载网络中出现过电压，则转换装置可从第二转换状态到达第一转换状态，并能使过电压得到补偿。控制装置可通过驱控转换装置而在电负载上提供平均值处于Ub-Us到Ub的值域内的电压。在此，Ub是在车辆电池上存在的电压，其可以是发电机电压或电池电压，而仏是通过蓄能器提供的电压。例如可实施成，控制装置使转换装置以预先确定的频率交替地在第一转换状态与第二转换状态之间转换。通过相应地选择使蓄能器连接在车辆电池与电负载之间的时间与使蓄能器被跨接的时间之间的比例，可在前面给出的值域内实现电负载上的电压的任意平均值。由此可补偿任意的过电压，所述过电压可以是小的过电压，也可以是大的过电压。仅须相应地调节平均值。这一点例如可以在如下过程中实施电负载是敏感负载，例如无线电设备。发电机以及作为高功率负载的转向系统电动机与车辆电池并联。机动车的驾驶员首先直行驾驶，由此不操作电动机。在该时间期间，车辆电池和与所述车辆电池并联的发电机直接与无线电设备连接，即蓄能器被跨接。控制装置在这样的常规运行中这样调节发电机，使得发电机提供例如14. 5伏特的车载网络电压。此时驾驶员使车辆向左转向，转向系统电动机工作。在电动机工作期间，发电机使车载网络电压提高，使得车载网络电压不偏离14. 5伏特的值。如果转向动作结束，则电动机被关断，车载网络电压提高到例如17伏特。发电机过于缓慢而不能快速补偿所述过电压。这时控制装置使转换装置交替地在第一转换状态与第二转换状态之间转换，即通过蓄能器使车载网络电压又降低到14. 5 伏特。也就是说，转换装置交替地在第一转换状态与第二转换状态之间转换，以使得由可提供例如5伏特的最大电压的蓄能器提供平均值为-2. 5伏特的电压。由此确保，在驱动电机被关断之后车载网络电压本身被调节到14. 5伏特。可以提出，转换装置在第三转换状态中使蓄能器的正连接端与电负载联接并使蓄能器的负连接端与车辆电池联接。于是，在电负载上也可能存在比在车辆电池上存在的电压高的电压。该实施形式用于使在车载网络中例如由于接通高功率负载而产生的电压变动能得到补偿。尤其是当发电机与车辆电池并联时，通过使转换装置到达第三转换状态中可快速补偿欠电压。也就是说，发电机过于缓慢而不能快速补偿由于高功率负载造成的电压变动。通常当车载网络电压低于10. 8伏特时使敏感电负载被关断。由此，该实施形式的特殊优点在于，可避免在产生电压变动时关断敏感负载。由此，在该实施形式中，转换装置可至少在蓄能器的正连接端与车辆电池联接的第一转换状态与蓄能器极性反向的第三转换状态之间转换。这种组合允许补偿车载网络中的过电压和欠电压。如果还包括蓄能器被跨接的第二转换状态，则可任意地在A-Us到uB+us的值域内调整电负载上的电压。转换装置的第三转换状态也可与第一转换状态相结合地用于在车载网络投入工作时和/或在从车载网络的一个工作状态转变为另一个工作状态中时使蓄能器预热到确定的温度。因此可提出，在蓄能器的预热阶段中和/或在从一个工作状态转变为另一个工作状态中时使转换装置交替地在第一转换状态与第三转换状态之间转换。于是，蓄能器被多次充电又放电，直到蓄能器升温到确定的工作温度。控制装置可通过驱控转换装置而在电负载上提供平均值处于Ub到UB+US的值域内的电压。这一点例如可这样来实现控制装置使转换装置交替地在使蓄能器的正连接端与负载联接的第三转换状态与蓄能器被跨接的第二转换状态之间转换。因此，可通过使转换装置相应地转换来补偿车载网络中的任意电压变动，例如以如下的方式和方法进行补偿驾驶员驾驶机动车直行。在该时间期间，制动系统的与车辆电池并联的电动机关断。控制装置将由发电机产生的车载网络电压调节到14. 5伏特。这时驾驶员操作机动车的制动器。制动系统中的驱动电机被激活，在该动作开始时车载网络电压变动，例如变动到12伏特。因为发电机过于缓慢而不能快速补偿该电压变动，所以控制装置使转换装置交替地在第二转换状态与第三转换状态之间这样转换，使得车载网络电压又被调整到14. 5伏特。由此，使12伏特的发电机电压周期性地(periodisch)加上例如 5伏特的蓄能器电压，从而能通过转换装置的相应转换而在电负载上提供平均值为14. 5伏特的电压。由此使敏感负载的工作不受影响。也可以设置转换装置的第四转换状态，在所述第四转换状态中，转换装置使电负载与车辆电池分开。以此方式提供用于电负载的反极性保护如果为了启动其它机动车而将外部电池以错误的极性连接在车辆电池上，则通过转换装置中断通向电负载的电流回路，并且保护电负载免受错误的反极性的影响。当在车载网络中设置多个希望利用唯一的继电器与车辆电池分开的电负载时，该实施形式也被证实是特别有利的。于是，仅须使转换装置达到第四转换状态，而不必使电负载分别与车辆电池分开。被证实特别有利的是，一低通滤波器与转换装置相联接。这种滤波器可具有与转换装置串联的线圈以及与转换装置和线圈的串联电路并联的电容器。于是，在电负载上可提供平滑的电压，即直流电压。所述直流电压的幅值于是相当于电池上存在的电压和通过蓄能器提供的电压的总和的平均值。原则上，在车载网络中，以下两个替换方案可以是有意义的一方面，发电机可以与车辆电池并联。于是，可通过转换装置使车辆电池和发电机的并联电路与电负载联接。在此，当接通或关断与发电机并联的高功率负载时，可通过相应地驱控转换装置使电负载上的电压稳定。另一方面，电负载本身可以是一高功率负载，例如用于发动机的启动机。于是，能够对高功率负载进行电压可变的驱控。如果用于产生发电机电压的发电机与车辆电池并联，则可提出，控制装置根据发电机电压的相应瞬时值来驱控转换装置。控制装置例如可将在电负载上存在的电压调节到一预期值，即通过相应地驱控转换装置来调节。如果发电机电压变动，则控制装置可通过相应地接通蓄能器来补偿所述电压变动。如果在发电机上存在过电压，也可以通过上述地相应驱控转换装置来补偿该过电压。在用于产生发电机电压的发电机与车辆电池并联并且控制装置在常规运行中将发电机电压调整到一比车辆电池的标称电压高的第一值的实施形式中提出，控制装置在再生运行中使发电机电压提高到一比该第一值大的预先确定的第二值。因此，在再生运行中，发电机电压被调整得明显比车辆电池的标称电压高。在这种再生运行中，通过气泡接触来消除在车辆电池的使用寿命中形成的酸层，车辆电池的有效电容提高。在该再生运行中，车辆电池的内阻也降低。此外，通过用高电压加载车辆电池可使分离的硫酸铅的晶体大小如下变化硫酸铅从不可溶解的形态转变为可溶解的形态、进而能继续参与充、放电过程。在用于产生发电机电压的发电机与车辆电池并联并且控制装置在常规运行中将发电机电压调整到一比车辆电池的标称电压高的第一值的实施形式中提出，控制装置在回收运行中使发电机电压提高到比该第一值大的预先确定的第二值。因此，在回收运行中，发电机电压被调整得比车辆电池的标称电压高。在这种回收运行中可对车辆电池充电，其中， 在机动车制动时或者在减速滑行/惯性行驶中产生的动能被转化成电能并且储存在车辆电池中。在回收运行中，优选使转换装置达到第二转换状态或第四转换状态，使得电负载与发电机直接连接或者与发电机脱离。回收运行的持续时间优选比再生运行的持续时间小。如果电负载是用于发动机的启动机，则蓄能器能够对启动过程进行支持在接通启动机时，即在启动过程开始时，控制装置可以这样驱控转换装置，使得在启动机上存在比电池电压低的电压。这一点例如可以由控制装置通过以下方式实现使转换装置到达蓄能器的正连接端与车辆电池联接的第一转换状态或者使转换装置在第一转换状态与第二转换状态之间交替转换。即在启动过程开始时，在启动机上存在比电池电压低的电压。由此， 在启动过程开始时流过启动机的电流较小并且车辆电池所承受的负载较小。在启动过程开始后的预先确定的时间段之后，可使启动机上存在的电压提高。如果启动机转动，则启动机不再被看作是短路。由此，可以在车辆电池不承受负载的情况下使启动机上的电压与启动过程开始时相比提高。通过这种处理方式，可以明显比在恒定电压的情况下更快地使发动机进入工作，由此，与现有技术相比车辆电池承受的负载也更小。由此还提高了车辆电池的寿命。可以实现在启动过程期间在启动机上存在的电压的极其不同的变化曲线。例如可规定在Ub-Us与UB+US之间的线性变化曲线。同样也可以使启动机上的电压以对数曲线方式上升，即可以使电压首先以大斜度上升，以便然后较缓慢地逼近队+仏值。因此，可以根据发动机来设定启动机上的电压的相应的最优变化曲线。此外，可有意义地借助于转换装置实现启动机转速与发动机转速的同步。这一点尤其适用于发动机在单次行驶期间多次停机并再启动的启停系统。在启停系统中存在如下状况例如在十字路口驻车时使发动机转变为停止模式，但驾驶员在同一时刻又要继续行驶。通常在发动机再启动前持续非常长的时间，这是因为在启动机能再与发动机的齿圈 (Zahnkranz)啮合之前，必须首先使惯性运转的发动机静止。因此，在一个实施形式中提出， 在引入发动机的启动过程之前，即在启动机与发动机的齿圈啮合之前，借助于转换装置使启动机的转速与发动机的转速匹配。优选地，控制装置设计用于，通过使转换装置到达第一转换状态或通过使转换装置在第一转换状态与第二转换状态之间交替转换，从而将在启动过程开始之前启动机上存在的电压调整到比电池电压低的值。由此，可首先使启动机转速与发动机转速同步。如果启动机与发动机同步运转，则可以使启动机与发动机的齿圈啮合， 以便使发动机重新进入工作。也可以提出，一旦启动机与齿圈相连接，控制装置便使在启动机上存在的电压提高。例如，在此控制装置可使转换装置到达第三转换状态或者在第二转换状态与第三转换状态之间转换。通过这种处理方式，总体上使启动过程加速，驾驶员可在
8驻车之后立即再次驶出。如果发电机与电负载并联，则可以在车载网络中设置回收运行(模式)。控制装置可在常规运行中将发电机电压调整到一通常比车辆电池的标称电压高的第一值，而在回收运行中将其调整到一比该第一值高的预先确定的第二值。如果在回收运行中使转换装置到达蓄能器的负连接端与车辆电池联接的第三转换状态，则在此情况下不仅能为蓄能器充电而且能为车辆电池充电。在回收运行中，例如可以将在机动车制动时或在减速滑行中产生的动能转化成电能并且储存在蓄能器和车辆电池中。在回收运行之后，优选直接进行蓄能器放电的牵引运行。于是，可使发电机电压降低到最小，例如降低到12伏特，并且可以节省燃料。回收运行例如可以表现为驾驶员使机动车在第五档加速到一确定的速度，例如加速到120千米每小时。驾驶员将油门踏板松开并且在第五档位继续行驶，机动车转变为减速滑行。在该减速滑行中，机动车通过发动机制动，不消耗燃料。在该时间期间，发电机电压被调整到17伏特，即比常规运行中的14. 5伏特车载网络电压高。控制装置使转换装置到达蓄能器的正连接端与发电机(与电负载并联)联接并且蓄能器的负连接端与车辆电池联接的第三转换状态。由此，不仅给蓄能器充电，而且给车辆电池充电。如果驾驶员重新操作油门踏板，则车辆再加速。在此时刻，从回收运行转变为牵引运行，在该牵引运行中，发电机电压被降低到12伏特，即被调整到明显比常规运行中的14. 5伏特的车载网络电压低。控制装置使转换装置到达第一转换状态中，在所述第一转换状态中，蓄能器的正连接端与车辆电池联接。这样便使蓄能器放电，从而使在车辆电池上存在的电压比12伏特的发电机电压高，例如为14. 5伏特。由此可节省燃料，这是因为发电机对机动车的动力传动系/动力总成施加的负载很小。转换装置可包括-第一开关，尤其是M0SFET，通过所述第一开关能使车辆电池与蓄能器的正连接端联接，-第二开关，尤其是M0SFET，通过所述第二开关能使电负载与蓄能器的正连接端联接，-第三开关，尤其是M0SFET，通过所述第三开关能使车辆电池与蓄能器的负连接端联接，-第四开关，尤其是M0SFET，通过所述第四开关能使电负载与蓄能器的负连接端联接。通过使用M0SFET，可在蓄能器变换极性时实现不能通过传统继电器实现的高转换频率。优选使用不设有寄生二极管的M0SFET。这种MOSFET近年来可在市场上买到。通过使用这种MOSFET可实现负载与车辆电池之间的完全脱离。本发明还涉及一种包括上述车载网络的机动车。根据本发明的方法用于运行机动车的车载网络中的电负载。提供有电压产生单元 (例如车辆电池或发电机)和蓄能器(例如双电层电容器)，所述电压产生单元提供供电电压。在该方法中，在至少一个预先确定的时间段中，使蓄能器这样与负载和电压产生单元联接，使得在负载上存在的电压比供电电压低。这样便能借助蓄能器来补偿在车载网络中产生的过电压。
下面借助于各个优选实施例以及参照附图详细描述本发明，其中，图1表示根据本发明的第一实施形式的机动车车载网络；以及图2表示根据本发明的第二实施形式的机动车车载网络。
具体实施例方式图1所示的车载网络10包括发电机12、与发电机12并联的高功率负载14和与发电机12并联的车辆电池16。车辆电池16是氢氰酸电池(Blausaeurebatterie)。发电机 12、高功率负载14和车辆电池16连接在初极18与参考电势20之间。车辆电池16例如具有大约12伏特的标称电压。初极18通过转换装置22和线圈M与次极沈联接。与转换装置22和线圈M的串联电路并联一电容器观。线圈M和电容器观构成低通滤波器。线圈M的电感例如可处于微亨(μ H)的范围内。电容器观的电容例如为10 μ F。在次极沈与参考电势20之间联接有多个敏感电负载30。负载30例如可以是无线电设备、前照灯、用于雨刷器的电动机等。在次极26与参考电势20之间即作用在负载30 上的电压被称为车载网络电压Uv。在发电机12上存在发电机电压Ue，在车辆电池16上存在电池电压UB。基于并联电路而满足uc = UB。车载网络10包括双电层电容器32作为蓄能器，所述双电层电容器具有正连接端 ；34和负连接端36。转换装置22包括第一、第二、第三和第四电开关38、40、42、44。双电层电容器32的正连接端34可通过第一开关38与初极18联接，可通过第二开关40并且通过线圈M与次极26联接。相应地，双电层电容器32的负连接端36可通过第三开关42与初极18连接并且可通过第四开关44与线圈M连接。提供一对转换装置22进行驱控并且对发电机电压Ug进行调节的控制装置46。在转换装置22的第一转换状态中，第一开关38和第四开关44接合，由此，双电层电容器32的正连接端与初极18联接、进而与车辆电池16联接。在所述第一转换状态中， 双电层电容器32的负连接端36通过线圈M与次极沈联接、进而与电负载30联接。在转换装置22的第二转换状态中，第一开关38和第二开关40接合，即双电层电容器32被跨接。在第三转换状态中，第二开关40和第三开关42接合正连接端34与线圈M联接，负连接端36与初极18联接。在第四转换状态中，全部开关38、40、42、44断开或者是第一、第三开关38、42和/ 或第二、第四开关40、44成对地断开。在所述第四状态中，初极18与次极沈分开。下面描述如图1所示的车载网络10的可能的工作状态。常规运行在常规运行中，发电机12提供Ug = 14. 5伏特的电压。所述电压稍高于车辆电池 16的标称电压，以便不对所述车辆电池加载。即在车辆电池16上存在的电压Ub也为14. 5 伏特。在常规运行中，转换装置22处于第二转换状态中双电层电容器32通过开关38、40 和/或通过开关42、44被跨接。这意味着，车载网络电压Uv等于发电机电压Ugo
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充电运行在对双电层电容器32充电的充电运行中，发电机12也产生电压Ue= 14. 5伏特。 在所述充电运行中，转换装置22在第一与第二转换状态之间交替转换。即第一开关38在充电运行中保持接合，而第二开关40和第四开关44交替转换。为了将车载网络电压Uv大致调整到Uv = Ue，第二开关40接合的持续时间比第四开关44接合的持续时间明显长。因此，在大多数时间中，双电层电容器32被跨接。在关断负载时的过电压补偿当高功率负载14突然被关断时，发电机电压Ue提高。发电机电压Ue例如可从14. 5 伏特提高到17伏特。发电机12过于缓慢而不能快速补偿所述电压提高。在此，包括转换装置22和双电层电容器32在内的桥电路是有益的。如果在初极18与参考电势20之间产生过电压，则控制装置46将转换装置22从双电层电容器32被跨接的第二转换状态转换到双电层电容器32的正连接端34与初极18联接的第一转换状态中。于是满足UV = Ue-&。 即车载网络电压Uv在此情况下被调整到14. 5伏特的值。为了在5伏特的双电层电容器32 中将车载网络电压Uv调整到所述值，可能需要使转换装置22交替在第一转换状态与第二转换状态之间转换。因此可获得车载网络电压Uv的任意平均值。于是借助于包括线圈M 和电容器28在内的低通滤波器来平滑车载网络电压Uv。由此可在Ue-Us和Ue+Us的值域内任意调整车载网络电压Uv。负载接通时的欠电压补偿如果高功率负载14被接通，则发电机电压Ue变动。例如发电机电压Ue可从14. 5 伏特变动到12伏特。于是，控制装置46使转换装置22从双电层电容器32被跨接的第二转换状态转换到双电层电容器32的负连接端36与初极18连接的第三转换状态中。为了将车载网络电压Uv调节到14. 5伏特，可能需要使转换装置22在第二转换状态与第三转换状态之间交替转换。再生运行通过车载网络10也可引入用于车辆电池16的再生运行。在这种运行中，在一预定的时间段中发电机电压Ue被调整到比车辆电池16的标称电压明显高的值。例如发电机电压Ue可调整到17伏特。在再生运行期间，车载网络电压Uv例如可调节到14. 5伏特或者可以使次极26与初极18脱离。通过用高电压加载车辆电池16，有效电容上升并且车辆电池16的内阻降低。图2示出根据本发明的第二实施形式的车载网络10。根据图2的车载网络10基本上与根据图1的车载网络相应，因此，下面仅仅描述二者之间的区别。车辆电池16在此联接在次极沈与参考电势20之间，即与电负载30并联。作为高功率负载，与发电机12并联地联接用于启动机动车发动机的启动机48。与次极沈联接的电负载在此具有附图标记 50。在图2所示的车载网络10中，设有下列工作状态回收运行在回收运行中，在机动车中原则上不消耗燃料。该运行例如包括借助于制动系统进行的制动以及减速滑行，在所述减速滑行中，机动车通过发动机本身制动。在此，制动能量得到利用发电机电压Ue例如调整到17伏特，S卩比常规运行中的14.5伏特高。在回收运行中，转换装置22转换到双电层电容器32的正连接端36与初极18联接、进而与发电机 12联接的转换状态中。双电层电容器32的负连接端36在所述回收运行中与次极沈联接、 进而与车辆电池16联接。因此，不仅可对双电层电容器32充电，而且可对车辆电池16充电。如果双电层电容器32被完全充电，则所述双电层电容器可变换极性，以便允许对车辆电池16继续充电。因此，在回收运行中，在不消耗燃料的情况下不仅对双电层电容器32充电，而且对车辆电池16充电。牵引运行牵引运行直接与回收运行相接。在回收运行中储存在双电层电容器32中的能量在此被输出给电负载50，由此可使发电机电压Ue减小到12伏特。由此，即使在降低的发电机电压Ue= 12下，车载网络电压Uv仍为14. 5伏特。以此方式可节省燃料。启动支持在启动发动机时，机动车静止，发电机12不提供能量。由此必须借助于电池电压Ub 才能由启动机48使发动机启动。在发电机12被关断的情况下，电池电压大约为12伏特。 在启动过程开始时，双电层电容器32的正连接端34与车辆电池16联接，并且所述双电层电容器的负连接端36与启动机48联接。由此，在启动过程开始时，双电层电容器32被充电，使得在启动机48上存在比电池电压Ub低的电压。例如，在启动机48上存在的电压在启动过程开始时为Ub-Us = 7伏特。由此实现流过首先被短路的启动机48的电流不变得过大，由此使车辆电池16不过载。在开始启动过程后约50毫秒之后，双电层电容器32变换极性，由此，所述双电层电容器的正连接端34与启动机48联接，而所述双电层电容器的负连接端36与车辆电池16联接。因此，在大约50毫秒之后，启动机48上的电压提高，例如提高到队+仏=17伏特。通过这种处理方式，与现有技术相比明显缩短了启动发动机所需的时间。因此，总地来讲，提供了一种车载网络10，在所述车载网络中能够在无需高投入的情况下实现多个功能。通过转换装置22不仅能补偿过电压，而且能补偿欠电压。此外，发动机的启动过程可得到支持。
1权利要求
1.一种用于机动车的车载网络(10)，包括-车辆电池(16)，-电负载(30，48)以及-具有正连接端(34)和负连接端(36)的蓄能器(32)，其特征在于-设有转换装置(22)，所述转换装置在第一转换状态中使所述蓄能器(3 的正连接端 (34)与所述车辆电池(16)联接并使所述蓄能器(32)的负连接端(36)与所述电负载(30， 48)联接，能使所述转换装置处于至少一个与所述第一转换状态不同的另外的转换状态中， 以及-设有控制装置(46)，所述控制装置设计用于使所述转换装置0 在所述第一转换状态与所述另外的转换状态之间转换。
2.根据权利要求1的车载网络(10)，其特征在于所述转换装置0 在第二转换状态中使所述车辆电池(16)与所述电负载(30，48)联接，由此使所述蓄能器(3 被跨接。
3.根据权利要求1或2的车载网络(10)，其特征在于所述控制装置G6)设计用于通过驱控所述转换装置0 ——在引用权利要求2的情况下尤其是通过使所述转换装置 (22)在所述第一转换状态与所述第二转换状态之间交替转换——而在所述电负载(30，48) 上提供平均值处于Ub-Us到Ub的值域内的电压(Uv)，其中，Ub是在所述车辆电池(16)上存在的电压，而仏是通过所述蓄能器(3 提供的电压。
4.根据上述权利要求之一的车载网络(10)，其特征在于所述转换装置0 在第三转换状态中使所述蓄能器(3 的正连接端(34)与所述电负载(30，48)联接，并使所述蓄能器(3 的负连接端(36)与所述车辆电池(16)联接。
5.根据权利要求4的车载网络(10)，其中，与所述电负载08)并联一发电机(12)，所述控制装置G6)设计用于在常规运行中将发电机电压(Ue)调整到比所述车辆电池(16)的标称电压(12伏特)高的第一值(14. 5伏特)，其特征在于所述控制装置G6)还设计用于在回收运行中将发电机电压(Ue)调节到比所述第一值(14. 5伏特)大的、预先确定的第二值(17伏特)并且使所述转换装置0 到达第三转换状态中。
6.根据上述权利要求之一的车载网络(10)，其特征在于所述控制装置G6)设计用于通过驱控所述转换装置0 ——在引用权利要求2和4的情况下尤其是通过使所述转换装置0 在所述第二转换状态与所述第三转换状态之间交替转换——而在所述电负载(30， 48)上提供平均值处于队到队+仏的值域内的电压(Uv)，其中，队是在所述车辆电池(16)上存在的电压，而仏是通过所述蓄能器(3 提供的电压。
7.根据上述权利要求之一的车载网络(10)，其特征在于所述转换装置0 在第四转换状态中使所述电负载(30，48)与所述车辆电池(16)分开。
8.根据上述权利要求之一的车载网络(10)，其特征在于与所述转换装置0 联接有低通滤波器04，观)。
9.根据上述权利要求之一的车载网络(10)，其中，与所述车辆电池(16)并联有用于产生发电机电压(Ue)的发电机(12)，其特征在于所述控制装置G6)设计用于根据所述发电机电压(Ue)的相应瞬时值来驱控所述转换装置(22)，尤其是将在所述电负载(30)上存在的电压调节到一预期值。
10.根据上述权利要求之一的车载网络(10)，其中，与所述车辆电池(16)并联有用于产生发电机电压( )的发电机(12)，所述控制装置06)设计用于在常规运行中将所述发电机电压(Ue)调整到比所述车辆电池(16)的标称电压(12伏特)高的第一值(14. 5伏特)，其特征在于所述控制装置G6)还设计用于在再生运行和/或回收运行中将发电机电压(Ue)调节到比所述第一值(14. 5伏特)高的、预先确定的第二值(17伏特)。
11.根据权利要求1至8之一的车载网络(10)，其中，所述电负载(30，48)是用于发动机的启动机(48)，其特征在于所述控制装置G6)设计用于在所述启动机G8)被接通时使所述转换装置0 在一预先确定的时间段中处于所述第一转换状态中或者交替在所述第一转换状态与所述第二转换状态之间转换，由此，在所述启动机G8)上存在比在所述车辆电池(16)上存在的电压( )低的电压。
12.根据权利要求11的车载网络(10)，其特征在于所述控制装置G6)设计用于，在所述启动机G8)被接通后又经过一预先确定的时间段之后，使在所述启动机G8)上存在的电压提高，尤其是在引用权利要求4的情况下使所述转换装置0 处于所述第三转换状态中或者交替地在所述第二转换状态与所述第三转换状态之间转换。
13.根据上述权利要求之一的车载网络(10)，其特征在于所述转换装置0 包括 -第一开关(38)，尤其是M0SFET，所述车辆电池(16)能通过所述第一开关与所述蓄能器(3 的正连接端(34)联接，-第二开关(40)，尤其是M0SFET，所述电负载(30)能通过所述第二开关与所述蓄能器 (32)的正连接端(34)联接，-第三开关(42)，尤其是M0SFET，所述车辆电池(16)能通过所述第三开关与所述蓄能器(3 的负连接端(36)联接，-第四开关(44)，尤其是M0SFET，所述电负载(30)能通过所述第四开关与所述蓄能器 (32)的负连接端(34，36)联接。
14.一种机动车，具有根据上述权利要求之一的车载网络(10)。
15.一种用于运行机动车的车载网络(10)中的电负载(30，48)的方法，其中，提供有电压产生单元和蓄能器(32)，所述电压产生单元提供供电电压，其特征在于在至少一个预先确定的时间段中，使所述蓄能器(3 这样与所述负载(30，48)和所述电压产生单元联接，使得在所述负载(30，48)上存在的电压比所述供电电压低。
全文摘要
本发明涉及一种能够在无高投入的情况下有利地运行机动车的车载网络(10)的解决方案。本发明提供了一种车载网络(10)，其包括车辆电池(16)、电负载(30，48)以及具有正、负连接端(34，36)的蓄能器(32)。设有转换装置(22)，所述转换装置在第一转换状态中使正连接端(34)与车辆电池(16)联接并使负连接端(36)与电负载(30，48)联接，转换装置能到达至少一个另外的转换状态中。在第一转换状态中能补偿过电压，因为使蓄能器(32)与车辆电池(16)反极性地并联。优选提出，使蓄能器(32)能改变极性并且能被跨接。另外，实现了转换装置(22)的使电负载(30，48)与车辆电池(16)脱离的转换状态。
文档编号H02M3/07GK102460922SQ201080025533
公开日2012年5月16日 申请日期2010年5月22日 优先权日2009年6月9日
发明者J·普福尔, J·温克勒 申请人:因戈尔施塔特大学, 奥迪股份公司